СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РИСКА КАЛЬЦИФИКАЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОТЕЗОВ КЛАПАНОВ СЕРДЦА, ИМПЛАНТИРОВАННЫХ В МИТРАЛЬНУЮ ПОЗИЦИЮ, НА ОСНОВАНИИ ГЕНОМНЫХ ПРЕДИКТОРОВ Российский патент 2017 года по МПК G01N33/50 C12Q1/68 A61F2/24 

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиохирургии и медицинской генетике, и может быть использовано для определения риска кальцификации протезов клапанов сердца, установленных в митральную позицию.

Современная кардиохирургия характеризуется значительным и постоянно возрастающим количеством операций по протезированию клапанов сердца, только в России выполняется до 12 тыс. операций в год. Имплантируемые в настоящее время для коррекции пороков сердца механические и биологические протезы имеют свои достоинства и недостатки.

Основным недостатком механических клапанов сердца является их высокая тромбогенность, диктующая необходимость постоянного применения антикоагулянтной терапии, а их дисфункции, как правило, имеют стремительное развитие и требуют выполнения повторных хирургических вмешательств по экстренным показаниям.

Биологические протезы обеспечивают более физиологичные параметры внутрисердечной гемодинамики, не требуют пожизненного применения антикоагулянтов. Однако биопротезы характеризуются меньшей долговечностью, а основной причиной дисфункции протеза является его кальцификация, которая, как правило, долгое время клинически не проявляется, однако в последующем ее итогом становятся нарушения внутрисердечной гемодинамики, диктующие необходимость выполнения повторных хирургических вмешательств.

Существует предположение, что преимущественная активация тех или иных сигнальных путей, опосредующих инициацию и прогрессирование кальциевой дегенерации биологических структур, определяется широким спектром модулирующих влияний, к числу которых могут быть отнесены воспаление, оксидативный стресс [Vascular calcification: from pathophysiology to biomarkers / S. Evrard, P. Delanaye, S. Kamel et al. // Clinica Chimica Acta. - 2015. - Vol. 438. - P. 401-414.], механические воздействия, изменения ионного и клеточного состава микросреды, минерального гомеостаза [Revisiting cardiovascular calcification: A multifaceted disease requiring a multidisciplinary approach / J.D. Hutcheson, C. Goettsch, M.A. Rogers et al. // Semin. Cell. Dev. Biol. - 2015. - pii: S1084-9521(15)00163-9. doi: 10.1016/j.semcdb.2015.09.004. [Epub ahead of print]], а также соотношения промоутеров и ингибиторов [Ruiz, J.L., Hutcheson, J.D., Aikawa, E. Cardiovascular calcification: Current controversies and novel concepts / J.L. Ruiz, J.D. Hutcheson, E. Aikawa // Cardiovasc. Pathol. - 2015. - Vol. 24 (4). - P. 207-212], обеспечивающих баланс между образованием кальцинатов и их резорбцией.

Известен способ прогнозирования риска развития кальциевой дегенерации биологических клапанов у пациентов с нарушенным метаболизмом углеводов и липидов [Metabolic syndrome is associated with faster degeneration of bioprosthetic valves / M. Briand, P. Pibarot, , P. Voisine, J.G. Dumesnil, F. Dagenais, P. Mathieu // Circulation. - 2006. - №114. - P. 1512-1517]. При этом у пациентов с наличием критериев метаболического синдрома (атерогенной дислипидемии, АГ, нарушенной толерантности к углеводам, избыточной массы тела) отмечены более высокие темпы ежегодного прироста среднего градиента давления на протезе (+4±6 против +2±3 мм. рт.ст./год) и более частое развитие гемодинамически значимой регургитации (25% пациентов против 12%) в сравнении с группой пациентов, не имевших данных метаболических нарушений. Авторы исследования полагают, что ключевыми механизмами, лежащими в основе формирования структурных дисфункций биологического протеза (вследствие кальцификации ксеноткани) при метаболическом синдроме являются процессы окисления липидов и хроническое неспецифическое воспаление.

Недостатком способа является использование в модели только клинических, модифицируемых факторов риска, обусловленных метаболическим синдромом. Также в исследование включены только пожилые пациенты с кальцинозом биологического протеза аортального клапана, и не доказывает патологического влияния в случаях развития кальциноза биологических трансплантатов других клапанов сердца, устанавливаемых при пороках другой этиологии (ревматическая болезнь сердца, инфекционный эндокардит, соединительнотканная дисплазия).

Известен способ, разработанный Farivar и Cohn на основе анализа данных 144 пациентов [Farivar, R.S., Cohn L.H. Hypercholesterolemia is a risk factor for bioprosthetic valve calcification and explantation // J Thorac Cardiovasc Surg. - 2003. - №126(4). - P. 969-975.], где основным фактором риска кальцификации биопротезов клапанов сердца является средний показатель уровня холестерина в сыворотке крови пациента, рассчитанный за каждый год в послеоперационном периоде. При этом повышение уровня среднего холестерина более 200 мг/дл является показанием для эксплантации биологического протеза клапана.

Недостатком способа является то, что в качестве прогностического критерия выбран один показатель, а чувствительность и специфичность метода не подтверждена статистически, что снижает достоверность представленного способа. Кроме того, по данным исследования, оценку риска кальцификации проводят уже после имплантации протеза, что не предупреждает рисков послеоперационных осложнений.

Известен способ прогнозирования риска кальцификации биологического протеза аортального клапана, основанный на анализе клинических и метаболических предикторов кальцификации [ApoB/ApoA-I ratio is associated with increased risk of bioprosthetic valve degeneration / H. Mahjoub, P. Mathieu, , E. Larose, J. Dumesnil, , P. Pibarot // J Am Coll Cardiol. - 2013. - №61(7). - P. 752-61]. При этом, на основании статистического анализа с использованием многофакторной логистической регрессии у 203 пациентов, были выявлены наиболее значимые факторы риска кальциевой дегенерации биологических протезов. Так доказано, что прогностическими критериями являются повышение в сыворотке крови пациента соотношения аполипопротеинов (ApoB/ApoA-I), отражающее соотношение общего количества потенциально атерогенных частиц и количества частиц липопротеидов высокой плотности, обладающих протективным эффектом. В качестве дополнительного критерия выявлено протективное влияние назначения пациентам бисфосфонатов - препаратов, содержащих фосфатные группы, связывающиеся с кальцием и применяемые для снижения костной массы.

Недостатком способа является использованная методика расчета риска, при которой не определяется чувствительность и специфичность, и, следовательно, не вычисляется площадь под ROC-кривой, что, в свою очередь, не позволяет построить балльную шкалу для клинического использования. Кроме того способ предназначен для стратификации риска кальцификации биологического протеза клапана сердца, установленного в аортальную позицию.

Наиболее близким к заявляемому является способ выявления риска кальцификации нативного митрального клапана, включающий генетическое тестирование пациентов с эксплантированными вследствие дисфункции клапанами сердца [G. Thanassoulis, C.Y. Campbell, D.S. Owens, J.G. Smith, A.V. Smith et al.; CHARGE Extracoronary Calcium Working Group / Genetic associations with valvular calcification and aortic stenosis // N. Engl. J. Med. - 2013. - №368(6). - P. 503-512]. На основании выполненного полногеномного исследования выявлено и статистически обосновано значимое влияние полиморфных вариантов гена IL1F9 (rs17659543, rs13415097) на вероятность высокого риска развития кальцификации митрального клапана. Однако способ предназначен для стратификации риска кальцификации нативного клапана и не применим у пациентов с протезированными клапанами сердца.

Выявление генетических детерминант при скрининговом предоперационном обследовании потенциальных реципиентов позволит выявить лиц с высоким риском кальцификации имплантированного биологического протеза и отобрать пациентов для установки механического протеза клапана, тем самым снизив риск возможных осложнений и улучшая качество жизни пациентов в послеоперационном периоде.

Техническим результатом изобретения является прогнозирование риска кальцификации биопротезов клапанов сердца, установленных в митральную позицию, за счет определения полиморфизмов генов-кандидатов и расчета суммарного риска по оценочной шкале на основании баллового эквивалента.

Способ позволяет определить наиболее оптимальный для конкретного пациента тип протеза клапана сердца, устанавливаемого в митральную позицию - биологический либо механический.

Предлагаемый способ основан на результатах проведенного исследования, выполненного в Федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Научно-исследовательском институте комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний» и включавшего 72 пациента, перенесших операцию по замене митрального клапана сердца, вследствие развития порока сердца по различной этиологии (ревматическая болезнь сердца, инфекционный эндокардит, синдром соединительнотканной дисплазии).

Из всех пациентов, реципиентов биологических протезов, установленных в митральную позицию 53 человека (73,61%), имели нормальную функцию протеза по достижении восьмилетнего рубежа, а 19 человек (26,39%) имели в эти сроки дисфункцию биологического протеза в результате его кальцификации.

В качестве критериев риска кальцификации биопротезов оценивали клинические предиктивные факторы, с наибольшей частотой встречающиеся в группе исследования (Таблица 1), и генетические маркеры (Таблица 2). Все факторы были введены в модель при проведении бинарной логистической регрессии с пошаговым включением предикторов одновременно.

В результате из 73 факторов риска (48 вариабельных сайтов 23 генов и 25 вариантов 11 клинических факторов) были определены четыре критерия, имеющих наибольшее прогностическое значение: полиморфизм гена VDR rs2228570 и rs731236, rs2229238 IL6R, мужской пол (таблица 3).

Построение оценочной шкалы риска кальцификации биопротезов клапанов сердца осуществляли при помощи бинарной логистической регрессии с пошаговым включением предикторов. В данной модели зависимой переменной являлась подтвержденная гистологически кальцификация биологической ткани, удаленной створки протеза клапана; переменные вводились в модель при уровне p менее 0,05, а исключались при p более 0,1.

Исходя из полученных результатов отношения шансов рисков развития кальцификации биопротезов клапанов сердца, была разработана классификационная шкала, в соответствии с которой наибольшее бальное значение присвоено носительству гепотипа A/A гена rs2228570 VDR (ген рецептора витамина D3) - 2,5, а наименьшее - тендерная принадлежность к мужскому полу - 0,5 балла (таблица 4).

Вероятный прогноз риска кальцификации биопротеза оценивали на основании суммарного показателя оценочных баллов классификационной шкалы. При этом минимальный риск развития кальцификации биопротезов клапанов сердца определяли при сумме баллов от 0 до 1,5; средний риск кальцификации биопротезов при суммарном значении от 1,5 до 3,0 баллов и высокий риск при сумме баллов от 3,0 до 6,0.

Необходимо отметить, что при значении суммарного риска кальцификации в 1,5-3,0 балла и среднем риске развития кальцификации биологического протеза следует склоняться к установке механического протеза клапана сердца, за исключением определенных условий (например: планируемая беременность у женщин детородного возраста), когда возможна установка биологического протеза, при условии ежегодного мониторирования процессов кальциноза. Суммарный риск в 3,0 и более балов (высокий риск кальцификации) считается достаточным показанием к рекомендации установки механического протеза клапана сердца.

Максимально возможное суммарное значение риска кальцификации, полученное в данной шкале риска, равняется 6,0, что является неотменной рекомендацией к установке механического протеза клапана сердца (при отсутствии иных значимых причин протезирования клапана биологическим протезом).

При оценке качества прогностической модели установлено, что правильность отнесения пациентов с применением таких оценочных критериев, как rs2228570 и rs731236 гена VDR, rs2229238 гена IL6R, мужской пол для модели в среднем составляет 83,33%, p=0,0001.

Качество бинарной классификации оценивали с помощью построения ROC-кривой. При этом, площадь под ROC-кривой равнялась 0,883 (95% ДИ=0,79-0,95; стандартная ошибка 0,041), что является хорошим показателем классифицирующей модели.

Способ прогнозирования риска развития кальцификации биопротеза осуществляют следующим образом: у пациентов, которым планируется операция по замене митрального клапана сердца, перед проведением хирургического вмешательства забирают периферическую венозную кровь, выделяют ДНК и проводят молекулярно-генетическое тестирование с определением генотипов пациента по полиморфизмам rs2229238 IL6R, rs2228570 и rs731236 VDR. С учетом полученных результатов генотипирования кардиохирурги рассчитывают риск развития кальцификации биологического протеза митрального клапана сердца и принимают оптимальное решение о выборе типа имплантируемого протеза - биологического или механического.

Ниже приведены примеры реализации предложенного изобретения.

Пример 1.

Пациент К., 69 лет, мужчина. История болезни №3726.

Основной диагноз: Ревматическая болезнь сердца. Стеноз митрального клапана. Относительная недостаточность ТК. Ишемическая болезнь сердца. ХСН ПА. ФКШ.

Сопутствующий: OHMK (2002 г). Гипертоническая болезнь II ст., риск 3.

Анамнез: С 1980 г. установлен диагноз: ревматическая болезнь сердца.

Прооперирован 17.12.2002 г. по поводу гемодинамически значимого стеноза митрального клапана. Имплантирован ксеноаортальный эпоксиобработанный клапан «Перикор-32». В раннем послеоперационном периоде срыв ритма на фибрилляцию предсердий с последующим медикаментозным восстановлением.

Выписан в удовлетворительном состоянии.

Наблюдался у кардиолога 1 раз в год.

Во время очередного контрольного осмотра, 18.07.2015 г. (спустя 12 лет и 6 месяцев), проведено инструментальное и молекулярно-генетическое обследование

Результаты лабораторных исследований:

ЭКГ: Ритм синусовый, ЧСС 80 уд/мин. Умеренные метаболические изменения миокарда левого желудочка.

ЭХО-ГК: Заключение: Сократительная способность миокарда левого желудочка удовлетворительная. Состояние после биопротезирования МК. Функция протеза удовлетворительная.

Коронарография Innova: тип кровотока - правый. Оклюзионно-стенотических поражений коронарных артерий не выявлено.

Проведено молекулярно-генетическое тестирование, выявлен генетический профиль: rs2229238 гена IL6R - генотип C/C; rs2228570 гена VDR - генотип A/G; rs731236 гена VDR - генотип A/A.

Результаты оценочной шкалы риска кальцификации биологического протеза клапана сердца, устанавливаемого в митральную позицию

Суммарный показатель составил 0,5 балла, что позволило сделать заключение о низком риске кальцификации биологического протеза митрального клапана.

Проведена коррекция дозировок используемой медикаментозной терапии и даны рекомендации по образу жизни.

Пример 2.

Пациент К., 46 года, женщина, история болезни №6244

Основной диагноз: Ревматическая болезнь сердца. Порок митрального клапана. Биопротезирование митрального клапана (2006 г.). Дисфункция биопротеза (2012 г.). Относительная недостаточность трикуспидального клапана. ХСН IIБ, ФК III. Легочная гипертензия.

Сопутствующий: Кардиогенный фиброз печени. ГЦН. Гепатомегалия. Перелом левой нижней конечности (2012 г.). Умеренная кахексия.

Анамнез: С 1990 г. установлен диагноз: ревматическая болезнь сердца. В 2006 г. - протезирование биологическим протезом МК «Перикор-30» по поводу развившегося гемодинамически значимого порока митрального клапана сердца. До 2012 г. состояние удовлетворительное, к кардиологу не обращалась. С февраля 2012 года декомпенсация ХСН, по ЭХО-КГ признаки дисфункции биологического протеза.

Результаты лабораторных исследований:

ЭКГ: Ритм синусовый, ЧСС 66-75 уд/мин. Гипертрофия миокарда левых отделов сердца. Умеренные метаболические изменения миокарда левого желудочка.

ЭХО-ГК: Заключение: сократительная способность миокарда левого желудочка удовлетворительная. Состояние после биопротезирования митрального клапана. Дисфункция биопротеза. Относительная недостаточность ТК. Легочная гипертензия.

Коронарография Innova: тип кровотока - правый. Оклюзионно-стенотических поражений коронарных артерий не выявлено.

В дополнение к рутинным диагностическим методам выполнено молекулярно-генетическое тестирование.

Генетический профиль: rs2229238 IL6R генотип C/C; rs2228570 VDR генотип A/A; rs731236 VDR генотип A/G.

Результаты оценочной шкалы риска кальцификации биологического протеза клапана сердца, устанавливаемого в митральную позицию

Таким образом, суммарное значение по классификационной шкале составило 3,5 балла, что позволило сделать заключение о высоком риске повторной кальцификации при репротезировании митрального клапана биологическим протезом и даны рекомендации для замены биологического протеза механическим протезом клапана сердца.

Выдержка из протокола операции. Биологический протез имеет умеренно кальцинированные створки, ограничение подвижности створок. Отмечается разрыв одной створки. Протез иссечен. Имплантирован механический протез «МЕДИНЖ-27».

Результат гистологического исследования удаленных тканей биологического протеза МК (створка). Расположение волокон ксеноперикардиальной ткани рыхлое с включениями крупнокристаллического Ca+ (окраска на кальций положительная).

Послеоперационный период протекал гладко.

Пациентка выписана в удовлетворительном состоянии.

Контрольное обследование 18.09.2015 г.

ЭКГ: Ритм синусовый с ЧСС 82 уд/мин. Признаки гипертрофии миокарда ЛЖ.

ЭХО-ГК: Заключение: Сократительная способность миокарда левого желудочка удовлетворительная. Функция механического протеза митрального клапана удовлетворительная.

Пример №3.

Пациент М., 68 лет, женщина, история болезни №3969

Основной диагноз: Первичная дисфункция биопротеза (2013 г.). Биопротезирование митрального клапана по поводу инфекционного эндокардита (Перикор-30, 2007 г.). Относительная недостаточность трикуспидального клапана. ХСН IIA, ФК III. Легочная гипертензия.

Сопутствующий: Гипертоническая болезнь III ст., риск 4. Стенозы ОБА с обеих сторон. ХИНК 0. Хронический пиелонефрит, н/фаза. ХПН 0.

Анамнез: С 2000 года отдышка при физической активности. В 2007 г. по данным ЭХО-КГ установлен инфекционный эндокардит с поражением митрального клапана, по поводу чего выполнено протезирование МК биологическим протезом «Перикор-30». Послеоперационный период протекал без особенностей, в последующем самочувствие удовлетворительное. В течение 2013 года отмечается ухудшение в виде снижения толерантности к физической нагрузке, нарастание общей слабости, появление отдышки при обычной физической активности. В июне 2013 г. на базе Кемеровского Кардиологического Центра проведено ЭХО-КГ, по результатам которого идентифицирована дисфункция биологического протеза. Рекомендовано проведение операции по репротезированию МК, после проведения дополнительных лабораторных исследований. Результаты лабораторных исследований:

ЭКГ: Ритм синусовый, ЧСС 90 уд/мин. Внутрипредсердная блокада. Неполная блокада левой ножки пучка Гисса. Умеренные метаболические изменения миокарда левого желудочка.

ЭХО-ГК: Заключение: сократительная способность миокарда левого желудочка удовлетворительная. Состояние после биопротезирования митрального клапана. Дисфункция биопротеза. Относительная недостаточность ТК. Легочная гипертензия.

Коронарография Innova: тип кровотока - правый. Систолический стенозПНА ср/з до 60%. Неровность контуров OA, ПКА. Коронорно-левожелудочковая фистула.

В дополнение к рутинным диагностическим методам выполнено молекулярно-генетическое тестирование. Генетический профиль: rs2229238 IL6R генотип C/T; rs2228570 VDR генотип G/G; rs731236 VDR генотип A/G.

Результаты оценочной шкалы риска кальцификации биологического протеза клапана сердца, устанавливаемого в митральную позицию

Сумма баллов составила 2,5, что позволило сделать заключение о среднем риске повторной кальцификации при репротезировании митрального клапана биологическим протезом. С учетом возраста пациентки, установлена возможность замены биологического протеза на биологический протез с антикальциевой обработкой.

Выдержка из протокола операции: В митральной позиции биологический протез. Все створки биологического протеза умеренно кальцинированные, в теле одной створки (составной) разрыв у основания. Протез иссечен. Имплантирован биологический протез «Юнилайн-30 с антикальциевой обработкой». При ревизии ТК выявлено расщепление в области передней створки, фиброзное кольцо дилатировано, кооптации створок нет, гидропроба выявила центральную регургитацию широкой струей. Выполнена шовная пластика расщепления передней створки. Проведена аннулопластика опорным кольцом «НеоКор-32».

Результат гистологического исследования удаленных тканей биологического протеза МК (створка). На срезах волокна створки расположены рыхло, с включениями мелкокристалического Ca+ (окраска на кальций положительная).

Послеоперационный период без осложнений.

Пациентка выписана в удовлетворительном состоянии.

Контрольное обследование 16.09.2015 г.

ЭКГ: Ритм синусовый с ЧСС 80 уд/мин. Q-T 0,4 (Q-T должное 0,34). Заключение: Удлиненная эл. систола. Внутрипредсердная блокада. Неполная блокада. Правой ножки пучка. Гиса. Повышена нагрузка правого предсердия. ЭХО-ГК: Заключение: Сократительная способность миокарда левого желудочка гиперкинезия. Состояние после биопротезирования МК, аннулопластики ТК. Функция протеза МК удовлетворительная.

Изобретение относится к области медицины и предназначено для прогнозирования риска кальцификации биологических протезов клапанов сердца, имплантированных в митральную позицию. Анализируют генетический профиль пациента по генам VDR и IL6R, осуществляют построение прогностической модели с использованием балльной оценки факторов риска, таких как мужской пол, наличие в сыворотке крови пациента полиморфизмов генов VDR rs2228570 и rs731236 и IL6R rs2229238, при этом каждому из критериев присваивают оценочный балл. На основании суммарного значения показателей оценивают вероятный риск кальцификации биологического протеза. При сумме баллов от 0 до 1,5 прогнозируют минимальный риск кальцификации, от 1,5 до 3,0 баллов - средний риск, от 3,0 до 6,0 - высокий риск. Изобретение обеспечивает эффективное прогнозирование риска кальцификации биопротезов клапанов сердца, установленных в митральную позицию, за счет определения полиморфизмов генов-кандидатов и расчета суммарного риска по оценочной шкале. 7 табл., 3 пр.

Способ прогнозирования риска кальцификации биологических протезов клапанов сердца, имплантированных в митральную позицию, на основании геномных предикторов, включающий анализ генетического профиля пациента и построение прогностической модели с использованием бальной оценки факторов риска, отличающийся тем, что прогностическими маркерами считают: мужской пол, наличие в сыворотке крови пациента полиморфизмов гена VDR rs2228570 и rs731236, а также IL6R rs2229238; при этом каждому из критериев присваивают оценочный балл: так мужской пол оценивают в 0,5 балла; носительство генотипа А/А rs2228570 VDR в 2,5 балла; генотип С/Т rs2229238 IL6R в 1,5 балла; генотип A/G rs731236 VDR в 1,0 балл и генотип G/G rs731236 VDR - 1,5 балла, после чего, на основании суммарного значения показателей оценивают вероятный риск кальцификации биологического протеза, считая риск минимальным при сумме баллов, равной от 0 до 1,5; средний риск кальцификации прогнозируют при суммарном значении от 1,5 до 3,0 баллов, в свою очередь высокий риск кальцификации оценивают при сумме баллов от 3,0 до 6,0.